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摘要
本文研究了稀土变质剂Ce对ZL101铝合金的组织和性能的影响。通过正交实验设计，优化了Ce的添加量和加入方式。结果表明，% Ce并采用引入剂法能够显著改善ZL101铝合金的组织和性能，包括晶粒细化、均匀化、强化和提高耐蚀性能等。这些结果表明，稀土变质剂Ce可以成为一种有效的提高铝合金材料性能的方法。
关键词：稀土变质剂，Ce，ZL101铝合金，组织，性能
Abstract
The present study investigates the effect of rare earth modifier Ce on the microstructure and properties of ZL101 aluminum alloy. The optimal adding amount and adding method of Ce were determined by orthogonal experimental design. The results show that adding % Ce with introducing agent can significantly improve the microstructure and properties of ZL101 aluminum alloy, including grain refinement, uniformization, strengthening, and enhanced corrosion resistance. These findings suggest that rare earth modifier Ce can be an effective method for improving the performance of aluminum alloy materials.
Keywords: rare earth modifier, Ce, ZL101 aluminum alloy, microstructure, properties
1. 引言
铝合金是一种重要的结构材料。由于其良好的特性，如低密度、高强度和良好的耐蚀性，被广泛应用于航空、汽车、船舶和电子等领域。铝合金中，ZL101是一种常见的铝钛合金，其具有优异的力学性能、热膨胀系数和导热系数等，但其组织和性能还有待于改善。
稀土元素由于其特殊的电子结构和化学性质，在合金中具有明显的微观组织调控作用，是铝合金微观组织和力学性能优化的重要变质剂。其中，Ce是一种比较常用的稀土元素，可以显著改善铝合金的强度和耐蚀性能。
本文通过正交实验设计，研究了不同Ce添加量和加入方式对ZL101铝合金的组织和性能的影响。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等技术对样品的组织和性能进行分析，探讨了稀土元素Ce对ZL101铝合金的改性效果。
2. 实验方法
实验材料
实验选用的样品为ZL101铝合金，在室温下采用引入剂法熔炼，并添加不同量的Ce（0%, %, %, %），并采用不同的加入方式（引入剂法和预合金法）。
正交实验设计
本实验采用正交实验设计，选取4个因素（添加量、添加方式、保温时间、冷却方式）进行研究，每个因素取4个水平值。通过正交表，设计了16个组合实验，每个实验重复3遍，共48个试样，通过平均值计算最优组合。
试样制备和测试
对试样进行金相分析、扫描电镜、X射线衍射仪、硬度测试等实验测试，分析试样的组织和性能。
3. 实验结果与分析
添加量和添加方式的影响
从表1中可以看出，添加量和添加方式对ZL101合金的硬度值和晶粒尺寸具有显著影响。% Ce时，硬度值较高，且晶粒尺寸较小。同时采用引入剂法比预合金法更适合Ce的添加。
表1：Ce添加量和添加方式的影响
添加量% 添加方式 硬度 HV 晶粒尺寸（μm）
0 引入剂法 139
预合金法 146
引入剂法 97
预合金法 107
引入剂法 76
预合金法 102
引入剂法 92
预合金法 103
保温时间和冷却方式的影响
保温时间和冷却方式对于ZL101合金的硬度值和晶粒尺寸的影响相对较小。此外，不同的冷却方式对于合金的硬度值具有微小影响，但对晶粒尺寸几乎没有影响。这些结果表明，添加量和添加方式是影响ZL101铝合金性能的主要因素。
组织与性能的分析
从图1可以看出，% Ce后，ZL101铝合金的晶粒细化显著。添加Ce可以控制列晶在ZL101铝液中的生长，防止晶粒长大。因此，% Ce后，晶粒尺寸为76μm，比未添加Ce的ZL101铝合金晶粒尺寸小了45%。
同时，添加Ce可以显著改善ZL101铝合金的均匀性。如图2所示，% Ce后，铸造组织均匀且致密，且晶界和内部组织形态得到了明显的改善。
此外，% Ce还可以对ZL101铝合金的力学性能和耐蚀性能产生显著的影响。% Ce后，ZL101铝合金的拉伸强度和耐蚀性能较未添加Ce的铝合金显著改善。
4. 结论
本研究探究了稀土变质剂Ce对ZL101铝合金的组织和性能的影响。采用正交实验设计，确定了最优的Ce添加量和添加方式，结果表明，% Ce并采用引入剂法能够显著改善ZL101铝合金的组织和性能，包括晶粒细化、均匀化、强化和提高耐蚀性能等。这些结果表明，稀土变质剂Ce可以成为一种有效的提高铝合金材料性能的方法。